Auto-Leveling am 3D-Drucker – für jemand der einen 3D-Drucker ohne Auto-Leveling hat klingt das erstmal sehr verlockend. In diesem Artikel stelle ich ein paar Sensor-Lösungen vor mit Ihren Vor- und Nachteilen.

Bei vielen Einsteigern in den 3D-Druck mit DIY-3D-Druckern wie z.B. dem sehr verbreiteten ANET A8 ist der Kontakt mit Distanz-Sensoren oder optischen Näherungsschaltern ein Erst-Kontakt. War bei mir natürlich auch so. Glücklicherweise bin ich aber elektronisch vorbelastet und tat mich nicht schwer beim in die Materie einarbeiten. Hier eine kleine Übersicht über Sensoren die ich in meinen 3D-Druckern verbaut habe und verbaue:

Induktive Sensoren

Induktive Sensoren stellen mit die günstigste Lösung dar, um ein Auto-Leveling am 3D-Drucker zu realisieren. Viele der bekannten §D-Drucker-Kits aus China kommen bereits mit Sensoren dieses Prinzips ab Werk. Induktive Sensoren reagieren bei der Annäherung auf Metall wie zum Beispiel dem Druckbett eines 3D-Druckers, das meistens aus Aluminium ist. Dabei arbeiten diese Sensoren sehr zuverlässig und haben eine gute Wiederholgenauigkeit was sicherlich neben dem Preis der zentrale Vorteil dieser Sensoren ist. Ein weiterer Vorteil ist die Unempfindlichkeit gegenüber Umweltfaktoren wie Luftdruck, Temperatur und Feuchtigkeit.

Induktive Sensoren am 3D-Drucker einzusetzen kann für manche Setups durchaus Sinn machen. Vorrausetzungen sind meiner Erfahrung nach ein planes (flaches) Druckbett sowie der Verzicht auf wechselnde Druckoberflächen die angebracht werden für den Druck. Wenn man zum Beispiel eine Glasplatte für den Druck verwendet wird und diese des Öfteren bewegt, ist es durchaus möglich, dass sich das benötigte Z-Offset verändert. Somit ist kein exaktes Auto-Leveling per Sensor mehr möglich ohne Korrektur des Offsets.

Ideal sind also ein wirklich flaches Druckbett in Kombination mit einer Dauerdruckoberfläche wie Buildtak oder Bluetape. Der Verzicht darauf, das Druckbett zu beheizen, kann das Auto-Leveling mit induktiven Sensoren zusätzlich verbessern. Hitzebedingte Verformung des Druckbetts ist dadurch ausgeschlossen. Das Druckbett dehnt sich bedingt durch die höhere Temperatur häufig aus. Wenn auf ein beheitztes Druckbett per Induktion gelevelt werden soll, dann sollte das nach dem Aufheizen auf die üblich verwendete Temperatur getan werden. Selbiges gilt auch für die initiale Ermittlung des Offsets und letztlich der Kalibrierung des Sensors.

Kapazitive Sensoren

Kapazitive Sensoren stellen ebenfalls eine attraktive Möglichkeit dar, um ein Auto-Leveling des DIY 3D-Druckers zu realisieren. Diese sind sensitiv gegenüber der Dichte annähernder Objekte und funktionieren dadurch wunderbar mit Glas. Die Wiederholgenauigkeit dieser Sensoren ist ähnlich gut derer von induktiven Sensoren. Wer auf Glas druckt und vielleicht sogar mehrerer seiner Glasplatten im Einsatz hat, tut gut daran auf solche Sensoren zu setzen. Preislich sind diese Sensoren im gleichen Segment zu finden wie die induktiven Sensoren. Ebenfalls sind sie sehr ähnlich in der Bauform, was des Öfteren zu Verwechslungen führt. In meinem anderen Artikel habe ich vor einiger Zeit darüber geschrieben, wie man einen solchen Sensor günstig in Betrieb nehmen kann. Der Artikel ist zwar fokussiert auf den ANET A8, gilt aber letztlich für die meisten 3D-Drucker mit ähnlichen Komponenten

Mechanische Sensoren

Mechanische Sensoren arbeiten mit Berührung und sind wohl die pragmatischste Lösung für eine Abstands-Messung. Die Endstops am 3D-Drucker sind letztlich auch ein Sensor. Der bekannteste Vertreter der mechanischen Auto-Leveling Sensoren am DIY-3D-Drucker ist wohl der BL-Touch. Einige Drucker-Kits kommen ebenfalls mit diesem Sensor bereits ab Werk, wie z.B. der XXL-Delta Tevo Little Monster oder einige Modelle von Geetech. Der BL-Touch arbeitet ähnlich wie kapazitive Sensoren mit sämtlichen Oberflächen und ertastet den Abstand mit einem feinen Stift, der per magnetischer Spule gehoben und gesenkt werden kann. Ein ausgeklügeltes Teil das mit sehr billigen Komponenten zu realisieren ist und realisiert wird. Die Verarbeitungsqualität der BL-Touch Sensoren ist nicht gerade hoch. Trotzdem erreichen diese Sensoren respektable und wiederholbare Ergebnisse bei der Messung.

Ein BL-Touch eignet sich meiner Meinung nach für fortgeschrittene und technisch affine Leute, die nicht scheuen auch ein wenig mehr zu basteln und dabei äußerst ordentlich vorgehen. Diese Sensoren sind sehr empfindlich gegenüber äußeren Kräften und auch die Ansteuerung per Servo-Pins will verstanden und genau umgesetzt sein. Zwar ist das Prinzip nachdem dieser Sensor arbeitet auch für den Laien sehr verständlich, allerdings das dazu erforderliche Setup eher fortgeschritten. Gerade wegen der Anfälligkeit dieser Sensoren würde ich einem absoluten Einsteiger davon abraten.

Optische Sensoren

Weniger verbreitet aber durchaus nennenswert sind optische Sensoren wie der Infrarot-Sensor EE-SPY 412. Diese Sensoren arbeiten mit der Messung der Lichtmenge, welche von der annähernden Oberfläche zurückgeworfen wird. Das funktioniert ziemlich gut auf nahezu allen Oberflächen und erzeugt sehr gute und wiederholbare Ergebnisse. Der Haken steckt im letzten Satz: Auf nahezu allen Oberflächen. Was der EE-SPY gar nicht mag sind Oberflächen welche nahezu sämtliches Licht zurückwerfen, also sehr helle oder weiße Oberflächen. Außerdem kann sich das Offset ändern, wenn man häufig auf unterschiedlichen Oberflächen druckt oder die Oberfläche bunt ist. Besonders wohl fühlt sich der optische Sensor auf einfarbigen Oberflächen und ist dann m.E. unschlagbar.

Ein weiterer Vorteil des EE-SPY ist das besonders einfache Setup. Er arbeitet nativ mit 5 Volt und kann direkt und einfach das vorhandene Z-Endstop ersetzen. Es ist keine besondere Schaltung oder dedizierte Stromquelle notwendig.

So, ich hoffe diese kleine Übersicht hilft euch bei der Entscheidung, ob und welchen Sensor Ihr Euch für euren 3D-Drucker eventuell anschaffen wollt. So long, happy printing!

Sensor Showdown-Video

Kleines Update, hier ein Video was letztlich aussagt das sämtliche Sensoren geeignet sind die sich etabliert haben. Dem BL-Touch wird in dieser Meinung allerdings ein schlechtes Zeugnis zugeschrieben, dem ich über meiner Meinung nicht zustimme: